.gif/1280px-Powersection(PC_Pump).gif)
Un motor de lodo (o motor de perforación) es una bomba de desplazamiento positivo de cavidad progresiva (PCPD) colocada en la sarta de perforación para proporcionar potencia adicional a la broca durante la perforación. La bomba PCPD utiliza fluido de perforación (comúnmente conocido como lodo de perforación o simplemente lodo) para crear un movimiento excéntrico en la sección de potencia del motor que se transfiere como potencia concéntrica a la broca . El motor de lodo utiliza diferentes configuraciones de rotor y estator para proporcionar un rendimiento óptimo para la operación de perforación deseada, generalmente aumentando la cantidad de lóbulos y la longitud del conjunto de potencia para obtener mayor potencia. En determinadas aplicaciones, se puede utilizar aire comprimido u otro gas como potencia de entrada del motor de lodo. La rotación normal de la broca cuando se utiliza un motor de lodo puede ser de 60 rpm a más de 100 rpm.
Basada en el principio desarrollado por René Moineau , la teoría establece que un rotor helicoidal con uno o más lóbulos girará excéntricamente cuando el estator contenga más lóbulos que el rotor. El flujo del fluido transmite potencia permitiendo que el conjunto gire y gire la broca. [1]
La construcción normal de un motor de lodo consta de un conector superior que conecta el motor de lodo a la sarta de perforación; la sección de potencia, que consta del rotor y el estator; la sección de transmisión, donde la potencia excéntrica del rotor se transmite como potencia concéntrica a la broca mediante una junta de velocidad constante ; el conjunto de cojinete que protege la herramienta de presiones desde el fondo y hacia el fondo; y el sub inferior que conecta el motor de lodo a la broca.
Cuando la broca toca fondo y el motor funciona eficazmente, hay un aumento notable en la presión en el sistema de fluido. Esto es causado por una restricción dentro del motor y se denomina "presión diferencial". Si esta presión diferencial es demasiado alta, entonces el motor puede pararse, lo que significa que la broca ha dejado de girar y esto puede causar daños graves a la superficie interna del estator.
Un motor de lodo se describe en términos de su número de etapas, relación de lóbulos y diámetro externo. Las etapas son el número de giros completos que hace el estator de un extremo al otro y la relación de lóbulos es el número de lóbulos del estator respecto al número de lóbulos del rotor (el estator siempre tiene un lóbulo más que el rotor) . Un mayor número de etapas indica un motor más potente. Un mayor número de lóbulos indica una mayor salida de par (para una presión diferencial determinada), un menor número de lóbulos indica una reducción en el par producido pero una velocidad de rotación de la broca más rápida.
Los parámetros operativos incluyen caudal, rpm de la broca y par. La relación entre el rotor y la geometría del estator determina la velocidad de rotación y el par. La velocidad de rotación es proporcional al caudal y el par es proporcional a la caída de presión en el fluido a medida que fluye a través del motor. Cuantos más lóbulos, mayor será el par y más lentas las rpm.
El uso de motores de lodo depende en gran medida de la eficiencia financiera. En pozos verticales rectos, el motor de lodo se puede usar únicamente para aumentar la tasa de penetración (ROP) o para minimizar la erosión y el desgaste de la sarta de perforación, ya que no es necesario girar la sarta de perforación tan rápido.
La mayor parte del uso de los motores de lodo se realiza en la perforación de orificios direccionales . Aunque se pueden utilizar otros métodos para dirigir la barrena a la zona objetivo deseada, requieren más tiempo, lo que aumenta el costo del pozo. Los motores de lodo se pueden configurar para que tengan una curva utilizando diferentes configuraciones en el propio motor. Los motores de lodo típicos se pueden modificar de 0 grados a 4 grados con aproximadamente seis incrementos en la desviación por grado de curvatura. La cantidad de curvatura está determinada por la velocidad de ascenso necesaria para alcanzar la zona objetivo. Al utilizar una herramienta de medición durante la perforación (MWD), un perforador direccional puede dirigir la broca a la zona objetivo deseada.
Para perforar el punto de partida se utilizan motores orientables. Al perforar el punto de inicio, asegúrese de evitar perforar una formación blanda inmediatamente debajo de una dura. En formaciones abrasivas duras, las fuerzas laterales elevadas en el arranque pueden provocar un desgaste severo del vástago de la broca. Idealmente, el punto de partida debería seleccionarse en una formación homogénea no abrasiva. [2]
El estator de PCPD, que es un componente importante de la bomba, suele estar revestido con un elastómero . La mayoría de las fallas de las bombas PCPD se deben a esta pieza de elastómero. Sin embargo, las condiciones de funcionamiento [3] y el entorno no deben degradar ni inducir fallos mecánicos de la pieza de elastómero durante la vida útil del equipo. Desafortunadamente, la industria no cuenta con elastómeros que puedan durar más, resistir fluidos y sólidos abrasivos y soportar deflexiones en las temperaturas de funcionamiento. Los grados de elastómeros más comunes utilizados para esta aplicación son los grados NBR (caucho de nitrilo o acrilonitrilo butadieno), que funcionan moderadamente bien. Definitivamente existe una necesidad de mejores compuestos elastómeros para llegar a áreas a las que actualmente no pueden acceder los PCPD y también mejorar la vida útil de los productos actuales.
Fragmentación: donde la goma de la parte superior del estator se ha desgastado.
Despegue: falla en el tubo de acero al agente adhesivo; falla en los elastómeros al agente adhesivo del agente adhesivo al agente adhesivo.
Mal ajuste rotor/estator: tolerancias inadecuadas debido a la degradación con el tiempo. Además, si el ajuste es incorrecto, la presión diferencial puede ser demasiado alta o demasiado baja. Demasiado alto puede dañar el motor; demasiado bajo y el motor se debilitará y se detendrá, lo que puede provocar que el estator se agriete.
Las temperaturas del fondo del pozo y del lodo pueden causar fatiga térmica del estator. Se debe tener cuidado para compensar el hinchamiento del estator.
Ciertos fluidos de perforación pueden hacer que los elastómeros del estator se hinchen. La consideración de esto y de las temperaturas del fondo del pozo también es un factor.
El material de pérdida de circulación (LCM) puede obstruir el motor y los objetos con bordes afilados pueden desgastar las partes internas del motor. [4]